郭永新

（水電十二局施工科學(xué)研究院，浙江建德311600）

1 概 述

在四川雅礱江兩河口水電站大壩工程的心墻壩填筑施工過程中，全料壓實(shí)度通過預(yù)控線法計(jì)算得到。由于施工進(jìn)度的需要預(yù)控線法做不到點(diǎn)對點(diǎn)試驗(yàn)，用時(shí)較長，同時(shí)受不同P5含量的影響，導(dǎo)致不同粒徑組成的土料所對應(yīng)的擊實(shí)干密度均有不同程度的偏差，使現(xiàn)場填筑生產(chǎn)過程中采用預(yù)控線進(jìn)行施工質(zhì)量控制時(shí)，易出現(xiàn)不合格點(diǎn)，無法真實(shí)地反映現(xiàn)場實(shí)際的壓實(shí)情況。因此，本文重點(diǎn)解決的問題就是通過不同擊實(shí)功下的細(xì)料壓實(shí)度與全料壓實(shí)度之間的匹配關(guān)系，確定現(xiàn)場快速檢測的方法。

2 研究內(nèi)容和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.1 研究內(nèi)容

1）全料壓實(shí)度與不同擊實(shí)功下細(xì)料壓實(shí)度之間的關(guān)系分析研究；

2）分析大壩礫石土心墻料不同擊實(shí)功能下細(xì)料與全料壓實(shí)度之間匹配關(guān)系，以便尋求到現(xiàn)場快速檢測的方法。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1）技術(shù)指標(biāo)：三點(diǎn)擊實(shí)快速檢測方法替代全料壓實(shí)度。

2）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：可縮短試驗(yàn)檢測時(shí)間，提高試驗(yàn)檢測效率，及時(shí)提交試驗(yàn)成果以便指導(dǎo)施工，從而加快施工進(jìn)度，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3 研究方法和技術(shù)路線

3.1 研究方法

1）在室內(nèi)用摻配完全均勻的土料進(jìn)行全料和細(xì)料不同擊實(shí)功下的擊實(shí)試驗(yàn)，分別得到全料和細(xì)料的最大干密度，從而計(jì)算得到全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度之間的匹配關(guān)系。

2）提出在全料控制標(biāo)準(zhǔn)下（如97%）細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)值指標(biāo)。

3）結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證全料與細(xì)料壓實(shí)度之間的匹配關(guān)系，進(jìn)行小于20 mm三點(diǎn)擊實(shí)法與計(jì)算推求小于20 mm細(xì)料壓實(shí)度對比分析研究。

3.2 技術(shù)路線

確定全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度之間的匹配關(guān)系，建立以細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)來保證全料標(biāo)準(zhǔn)的合理性和建立快速檢測方法的可行性。

4 設(shè)計(jì)技術(shù)要求

4.1 礫石土心墻料特征指標(biāo)要求

1）用于心墻防滲料的礫石土填筑料最大粒徑不大于150 mm；P5含量為30% ～50%（現(xiàn)場檢測P5含量最大不超過55%，且50% ～55%的頻率控制在5%以內(nèi)）；小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不小于15%；小于0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于8%。

2）碾壓后心墻防滲土料的滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10－5cm／s，礫石土心墻料抗?jié)B透變形的破壞坡度應(yīng)大于9.0，其滲透破壞形式應(yīng)為流土。

4.2 礫石土心墻料填筑標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求

碾壓后的礫石土心墻料壓實(shí)度以全料壓實(shí)度和細(xì)料壓實(shí)度進(jìn)行雙控制。礫石土心墻料全料壓實(shí)度≥97%（修正普氏2 740 kJ／m3擊實(shí)功），心墻摻礫料P5含量分別為30%、40%、50%，壓實(shí)后干密度分別不小于 2.10、2.15、2.21 g／cm3；小于 20 mm細(xì)料壓實(shí)度≥100%（普氏擊實(shí)604 kJ／m3）。

5 研究結(jié)果

5.1 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

5.1.1 土石材料

本次試驗(yàn)研究擊實(shí)用料采用亞中A區(qū)土料，摻礫料采用慶大河加工系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)配新鮮石料，粒徑范圍為5～100 mm，摻礫料檢測結(jié)果見表1。

表1 摻礫料檢測結(jié)果

5.1.2 擊實(shí)試驗(yàn)

5.1.2.1 擊實(shí)參數(shù)

擊實(shí)試驗(yàn)分別采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀和大型擊實(shí)儀，擊實(shí)儀的基本參數(shù)見表2。

表2 擊實(shí)儀基本參數(shù)

5.1.2.2 超粒徑顆粒的處理

用原級(jí)配土料進(jìn)行試驗(yàn)是最理想的，但由于儀器對試樣的限制，需對土料中某些超過試樣允許粒徑的顆粒（即超粒徑顆粒）進(jìn)行處理。處理超徑石的方法有剔除法、等量替代法、相似級(jí)配法和結(jié)合法。本次試驗(yàn)大型擊實(shí)采用等量替代法，小于20 mm細(xì)料輕型擊實(shí)采用剔除法進(jìn)行試驗(yàn)［1］。

等量替代法：

剔除法：

式中：Pi為替代后粗粒某粒組含量，%；

Pfi為剔除后粗粒某粒組含量，%；

Poi為原級(jí)配某粒組含量，%；

Pdmax為超粒徑顆粒含量，%；

P5為原級(jí)配大于5 mm粒組含量，%。

5.1.2.3 超粒徑顆粒的處理結(jié)果

等量替代和剔除后的結(jié)果見表3和圖1。

5.1.3 擊實(shí)成果

本次試驗(yàn)研究針對不同的 P5含量（25% ～55%）進(jìn)行了Φ300 mm大型擊實(shí)試驗(yàn)，＜20 mm不同的P5含量（10% ～50%）進(jìn)行輕型擊實(shí)的試驗(yàn)，擊實(shí)結(jié)果見表4、表5和圖2～5。

圖1 摻礫料顆粒級(jí)配曲線

表3 等量替代和剔除后的顆粒級(jí)配

表4 大型擊實(shí)（300 mm）結(jié)果

表5 輕型擊實(shí)結(jié)果

圖2 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線

圖3 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線

圖4 最大干密度與P5含量關(guān)系曲線

圖5 最優(yōu)含水率與P5含量關(guān)系曲線

5.2 全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度匹配關(guān)系

根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到室內(nèi)全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度的匹配關(guān)系，計(jì)算過程見公式（3）與公式（4），匹配關(guān)系見表6。

全料壓實(shí)度為D全時(shí)的細(xì)料干密度按公式（3）計(jì)算：

式中：ρd，細(xì)為細(xì)料干密度，g／cm3；

ρd，全，max為全料最大干密度，g／cm3；

D全為全料壓實(shí)度；

ρw為水的密度，g／cm3；

GS為礫石視比重；

P20為大于20 mm礫石含量。

細(xì)料壓實(shí)度按公式（4）計(jì)算：

式中：D細(xì)為細(xì)料壓實(shí)度，%；

ρtfmax為全料壓實(shí)度為D全時(shí)的細(xì)料干密度，g／cm3；

Pdfmax為細(xì)料室內(nèi)擊實(shí)最大干密度，g／cm3。

表6 全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度匹配關(guān)系

根據(jù)表6得出，全料壓實(shí)度為97%時(shí)，細(xì)料壓實(shí)度最大值為101.5，最小值為100.5，平均值為101.4。

5.3 細(xì)料控制標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)值指標(biāo)

設(shè)計(jì)在填筑標(biāo)準(zhǔn)及要求中提出碾壓后的礫石土心墻料壓實(shí)度以全料壓實(shí)度和細(xì)料壓實(shí)度進(jìn)行雙控制。礫石土心墻料全料壓實(shí)度≥97%，小于20 mm細(xì)料壓實(shí)度≥100%。而本次試驗(yàn)研究根據(jù)P5含量25%～55%的全料與細(xì)料壓實(shí)度匹配關(guān)系得出，全料壓實(shí)度97%時(shí)相對應(yīng)的細(xì)料壓實(shí)度為100.5～102.0。因此，當(dāng)全料壓實(shí)度為97%時(shí)，選擇細(xì)料壓實(shí)度≥100%。

5.4 匹配關(guān)系的驗(yàn)證

5.4.1 現(xiàn)場顆粒分析試驗(yàn)

本次試驗(yàn)研究對大壩礫石土料進(jìn)行了50組顆粒分析試驗(yàn)檢測，具體結(jié)果見表7。

表7 大壩礫石土料顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

續(xù)表7

從表7的試驗(yàn)結(jié)果可看出，大壩礫石土料最大粒徑均小于150 mm，最大值為95 mm，最小值為62 mm，平均值為74 mm；P5顆粒含量均在30%～50%之間，最大值為47.9%，最小值為39.4%，平均值為43.1%；各項(xiàng)指標(biāo)均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求。

5.4.2 壓實(shí)度檢測

本次試驗(yàn)研究對大壩礫石土料進(jìn)行了25組全料壓實(shí)度以及點(diǎn)對點(diǎn)細(xì)料壓實(shí)度檢測，具體結(jié)果見表8。

表8 壓實(shí)度統(tǒng)計(jì)

通過表8得到，全料壓實(shí)度均大于97%，最大值為100.9%，最小值為97.7%，平均值為99.4%，點(diǎn)對點(diǎn)所得細(xì)料壓實(shí)度均大于100%，最大值為105.0%，最小值為100.0%，平均值為102.3%；通過現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，室內(nèi)擊實(shí)所得的全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度的匹配關(guān)系完全是合理的。

5.5 細(xì)料壓實(shí)度與理論壓實(shí)度對比分析

本次試驗(yàn)研究對大壩礫石土料進(jìn)行了50組壓實(shí)度對比試驗(yàn)，對比結(jié)果見表9。

表9 壓實(shí)度對比

通過表9得到，細(xì)料壓實(shí)度均≥100%，最大值為105.0%，最小值為100.0%，平均值為102.3%，均滿足大壩壩體填筑施工技術(shù)要求（A版）；細(xì)料理論壓實(shí)度最大值為105.5%，最小值為100.0%，平均值為102.5%；細(xì)料壓實(shí)度與細(xì)料理論壓實(shí)度差值均小于1.0%，最大值0.8%，最小值為－0.8%，平均值為－0.2%，誤差較小。

6 結(jié) 語

1）根據(jù)本次試驗(yàn)研究結(jié)果得出，當(dāng)全料壓實(shí)度為97%時(shí)，細(xì)料壓實(shí)度≥100%，全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度的匹配關(guān)系與設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)一致。

2）現(xiàn)場生產(chǎn)試驗(yàn)全料壓實(shí)度均≥97%，細(xì)料壓實(shí)度均≥100%，由此可以驗(yàn)證室內(nèi)所得的全料壓實(shí)度與細(xì)料壓實(shí)度匹配關(guān)系完全是合理的。

3）通過本次試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)分析，采用三點(diǎn)擊實(shí)法所得細(xì)料壓實(shí)度與理論壓實(shí)度平均差值為0.2%，誤差較小，由此現(xiàn)場可直接采用三點(diǎn)擊實(shí)快速檢測，以指導(dǎo)下一步施工。

4）當(dāng)采用三點(diǎn)擊實(shí)替代全料壓實(shí)度時(shí)，不僅可以縮短試驗(yàn)檢測的時(shí)間，還可以提高試驗(yàn)檢測的效率，從而加快施工進(jìn)度，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。